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板載式ANAPF有源濾波器產(chǎn)品介紹

2017年10月10日 14:52點擊:759來源:安科瑞電氣股份有限公司>>進入該公司展臺

繆建梅

安科瑞電氣股份有限公司

 

1 引言

    近年來,電力電子技術(shù)不斷地創(chuàng)新、發(fā)展,電力電子技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于人們的生活、學(xué)習(xí)、工作中,常用的充電裝置、計算機、UPS等都是電力電子技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。這些設(shè)備的發(fā)明和使用給社會帶來的便利,但隨著這些設(shè)備的大量應(yīng)用,電能質(zhì)量問題也十分突出。諧波作為目危害電能質(zhì)量的要因素,受到了供用電雙方的高度重視。社會上已經(jīng)有許多電能質(zhì)量解決方案,并已經(jīng)形成一個規(guī)模龐大的產(chǎn)業(yè),安科瑞電氣就是其中的。

 

2 諧波的產(chǎn)生和治理

    諧波是什么?諧波通俗的來說就是指電流中所含有的頻率為基波整數(shù)倍的電量,我們常說的N次諧波,它們的頻率就是基波的N倍;從廣義上來說,任何與工頻頻率不同的成分都可以稱之為諧波,這也就是為什么有時會有“間諧波”(非整數(shù)倍工頻頻率)的說法。

2.1 諧波的產(chǎn)生

    在只含線性元件(電阻等)的線路中,流過的電流與施加的電壓成正比,電流波形為正弦波。而諧波產(chǎn)生的根本原因就是由于電力系統(tǒng)中某些設(shè)備和負荷的非線性特性,即所加的電壓與產(chǎn)生的電流不成正比關(guān)系造成的波形畸變。當(dāng)電力系統(tǒng)向含有非線性元器件的設(shè)備供電時,這些設(shè)備不光變換、吸收系統(tǒng)的電能,還會把部分基波轉(zhuǎn)換成諧波,倒送入系統(tǒng),污染電網(wǎng)。生活中常有的照明燈光、電視畫面明暗閃爍等情況,都和諧波有關(guān)。

2.2 諧波的危害

    在輸配電網(wǎng)絡(luò)中,諧波會降低變壓器容量、減小線纜載流能力,嚴重時會造成突然電力中斷,造成重大社會經(jīng)濟損失;在生產(chǎn)企業(yè)中,諧波會干擾通訊信號,還會引起元器件誤動作,降低設(shè)備穩(wěn)定性導(dǎo)致殘次品率增加,還會加速設(shè)備老化縮短使用壽命,嚴重時可能損壞設(shè)備甚至引起火災(zāi)。

2.3 產(chǎn)生諧波的設(shè)備

產(chǎn)生諧波的設(shè)備一般是非線性設(shè)備,主要分為以下幾類:

    (1) 具有鐵磁飽和特性的鐵芯設(shè)備,如變壓器、電抗器等;

    (2) 以具有強烈非線性特性的電弧為工作介質(zhì)的設(shè)備,如氣體放電燈、交流弧焊機、煉鋼電弧爐等;

    (3) 以電力電子元件為基礎(chǔ)的設(shè)備,如開關(guān)電源、變流裝置、調(diào)壓裝置等。

一些常見的產(chǎn)生諧波的負載及其諧波量可參見表1。

                   表1常見諧波負載的諧波含量

負載類型

典型諧波含量(%)

負載類型

典型諧波含量(%)

變頻器

33~50

中頻感應(yīng)加熱電源

30~35

電梯

15~30

六脈沖整流器

28~38

LED燈

15~20

十二脈沖整流器

10~12

節(jié)能燈

15~30

電焊機

25~58

電子鎮(zhèn)流器

15~18

變頻空調(diào)

6~34

開關(guān)電源

20~30

UPS

10~25

2.4 諧波治理方案

    目諧波治理的措施主要有3種:受端治理,即從受到諧波影響的設(shè)備或系統(tǒng)出發(fā),提高他們的抗諧波干擾能力;主動治理,即從諧波源本身出發(fā),使諧波源不產(chǎn)生或減少諧波;被動治理,即外加濾波裝置阻止諧波注入電網(wǎng)。被動治理是目采用zui廣泛的諧波治理方案。

    外加的濾波裝置有兩種,分別是無源濾波裝置和有源濾波裝置,他們各有缺點。無源濾波裝置結(jié)構(gòu)簡單,安裝方便,初期投入小,但是只能濾除固定次數(shù)的諧波且易與電網(wǎng)發(fā)生諧振;有源濾波裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜,造價較高,但是補償效果好,后期維護方便,維護成本低。所以安裝有源濾波裝置是目被廣泛應(yīng)用的諧波治理方式。

 

3 板載式有源濾波裝置產(chǎn)品介紹

    ANAPF板載式有源濾波裝置是我公司研發(fā)的電能補償裝置的一種,采用現(xiàn)代電力電子技術(shù),基于高速全數(shù)字控制方式的數(shù)字信號處理技術(shù)制成的新型電力諧波治理設(shè)備。它由指令電流運算電路和補償電流發(fā)生電路兩個主要部分組成。與傳統(tǒng)無源濾波器(相當(dāng)于給諧波電流提供了接近于0的極低阻抗通道,以免諧波電流注入系統(tǒng))相對比,有源濾波裝置通過IGBT逆變模塊實現(xiàn)了各次諧波的動態(tài)濾除。

3.1 ANAPF板載式有源濾波裝置工作原理

    ANAPF板載式有源濾波裝置可以通過外部電流互感器,實時檢測負載電流,并通過內(nèi)部DSP計算,提取并計算出負載電流的諧波成分,然后通過PWM信號發(fā)送給內(nèi)部IGBT,控制逆變器產(chǎn)生一個和負載諧波電流大小相等,方向相反的諧波電流注入到電網(wǎng)中抵消對應(yīng)諧波電流,達到濾波目的。工作原理圖及補償示意如圖1所示。 

 

        

    

       圖1 ANAPF工作原理及對應(yīng)波形示意

3.2 ANAPF板載式有源濾波裝置結(jié)構(gòu)介紹及勢分析

    ANAPF板載式有源濾波裝置相較于公司期的立柜式產(chǎn)品來說,體積更小、重量更輕、方便安裝、更美觀,這對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)安排和內(nèi)部集成度有了更高的要求。我司生產(chǎn)的ANAPF有源濾波裝置分為兩種安裝方式 ,其主要參數(shù)如下:

壁掛式板載模塊外觀如圖2所示:

外形尺寸485×275×610 (寬*深*高)

額定電流:50A(可按照需求適當(dāng)提高)

額定電壓:AC380V

接線方式:三相三線或三相四線

進線方式:上進上出

額定頻率:50Hz

模塊殼體顏色:RAL7035

防護等級:IP20

質(zhì)量:50KG   

                                       

                                     

                                               圖2 壁掛板載式外觀示意

抽屜式板載模塊外觀如圖3所示:

外形尺寸485×610×275 (寬*深*高)

額定電流:50A(可按照需求適當(dāng)提高)

額定電壓:AC380V

接線方式:三相三線或三相四線

進線方式:后進后出

額定頻率:50Hz

模塊殼體顏色:RAL9004

防護等級:IP20

質(zhì)量:50KG    

                                          圖3 抽屜板載式外觀示意

                 

    其中壁掛式結(jié)構(gòu)適用于負荷容量較小或場地緊湊的場合,一般為單個獨立運行時使用;抽屜式結(jié)構(gòu)多采用多模塊并聯(lián)安裝在抽屜柜體中的安裝方式,可根據(jù)實際補償容量需求增減柜體內(nèi)模塊數(shù)量,適用于大負荷容量的場合。目我司常規(guī)產(chǎn)品zui大為6個模塊組合,并且正在向更多模塊數(shù),更大容量化方面研究與發(fā)展。其抽屜柜安裝效果圖如圖4所示。

    該方式相對于傳統(tǒng)整柜式有以下幾項點:

    (1)每個模塊容量為50A(可在適當(dāng)范圍內(nèi)浮動),相同的柜體格局下有更多容量選擇,并可根據(jù)客戶實際需求增加模塊數(shù)量至6個以上(需加寬柜體尺寸,效果可參照圖5);

    (2)可根據(jù)負載使用變化隨時增、減APF設(shè)備的容量(加、減模塊數(shù)量即可,并對人機界面作相應(yīng)參數(shù)設(shè)置);

    (3)每個模塊單獨安裝散熱單元,并可在柜體上加裝散熱風(fēng)扇,散熱效果良好,故障率低;

    (4)多個模塊之間雖有通訊連接,但各臺的故障并不會相互影響其它模塊繼續(xù)工作(補償容量會相應(yīng)減?。?/p>

    (5)后期維護方便,可實現(xiàn)故障模塊單獨維修、更換;維護期間ANAPF有源濾波裝置可持續(xù)工作。

    (6)結(jié)構(gòu)精巧,設(shè)計靈活,可作為零部件(模塊)單獨購買,嵌入三方柜體;柜型外觀、尺寸的改變基本不影響內(nèi)部安裝和整體使用效果。

    (7)生產(chǎn)周期短,即使是非常規(guī)要求產(chǎn)品亦能保證及時投入使用,確保客戶經(jīng)濟利益。

 

                  

      圖4 模塊化組合式安裝示意圖             圖5 兩列模塊組裝效果示意圖

3.3 ANAPF板載式有源濾波裝置的補償效果

    下面是某負載的產(chǎn)品應(yīng)用效果圖,其諧波含量在26%左右,通過電能質(zhì)量分析儀PW3198的分析可以幫助我們很直觀的看到補償效果。

 

       

      補償網(wǎng)側(cè)諧波畸變率                 補償網(wǎng)側(cè)諧波畸變率

    補償后諧波電流含量僅為4%,低于標對0.38KV電網(wǎng)的要求5%,以C相為例,對應(yīng)的各次諧波含量清單如下:

 

        

       補償C相各次諧波含量                補償后C相各次諧波含量

    從波形來看效果可以更直觀的看到補償效果:補償電流波形為M形,補償后已變?yōu)檎也ǎЧ己谩? 

        

 

        補償電壓電流波形                  補償電壓電流波形

 

3.4 ANAPF板載式有源濾波裝置的型號選擇

    該產(chǎn)品為并聯(lián)型有源電力濾波器,其命名方式為:

 

    其中諧波補償電流的大小可安排專業(yè)售工程師協(xié)助測量或根據(jù)變壓器容量和行業(yè)類型自行估算后選擇,計算方法見公式(1)。

    ...................................... 公式(1)                 

其中 為變壓器負荷率,即負荷占變壓器額定容量的比例,通常取0.6~0.8;

   為電流總諧波畸變率,各行業(yè)略有不同,具體數(shù)值參見上文表1;

   為變壓器額定容量,單位KVA;

   為低壓系統(tǒng)電壓,一般取0.38~0.4。

 

4 結(jié)束語

    ANAPF板載式有源濾波裝置在原有立柜、抽屜、壁掛式產(chǎn)品基礎(chǔ)上,進一步縮小了體積并減輕重量;由于其采用了高集成化模塊設(shè)計,后期維護變得更加輕松、便利,而且治理效果也更顯著。其不僅能治理諧波,也能補償無功:有效地治理諧波,可改善電能質(zhì)量使設(shè)備誤動作率大大降低,從而提高電氣設(shè)備利用率和產(chǎn)品合格率,既保證了電網(wǎng)安全運行,又能降低用戶的電力損耗;而有效地補償無功,使功率因數(shù)高達0.98以上,則避免了用戶因功率因數(shù)不足而被罰款,也為用戶帶來了可觀的經(jīng)濟收益。由此可見,選用ANAPF板載式產(chǎn)品,對電網(wǎng)設(shè)施和用戶設(shè)備都有的益處,可以說是實現(xiàn)了供用電雙方的共贏。

 

【參考資料】

    • 安科瑞電能質(zhì)量監(jiān)測與治理選型手冊。2015.08版
    • 安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊.2013.01.版

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